Основы телевидения и видеотехники (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Новгородский государственный университет

имени Ярослава Мудрого

 

Автор-составитель

Основы телевидения и видеотехники

Курс лекций

Великий Новгород

2013

УДК 621.397.13(075.8) Печатается по решению

ББК 32.94я73 РИС НовГУ

К67

Р е ц е н з е н т ы:

доктор физико-математических наук, профессор

кандидат технических наук, генеральный директор ПТ «Растр»

К67	Корнышев, Н. П. Основы телевидения и видеотехники: курс лекций / авт.-сост. ; НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2013. – 154 с.

Рассматриваются основные методы и принципы, лежащие в основе, телевизионных устройств а именно: принцип развертки, принцип накопления, методы преобразования «свет – сигнал» и «сигнал – свет», методы кодирования и обработки изображений и др.

Курс предназначен для студентов радиотехнических специальностей, занимающихся по программам подготовки бакалавров.

УДК 621.397.13(075.8)

ББК 32.94я73

© Новгородский государственный

университет, 2013

© , 2013

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................ 6

ЛЕКЦИЯ 1.......................................................................................... 7

1.1. Из истории телевидения.................................................... 7

1.2. Телевизионная система как система связи........................ 9

1.3. Информационная оценка системы телевизионной

визуализации............................................................................ 10

1.4. Теорема Котельникова применительно к телевидению... 12

1.5. Предельная пропускная способность канала связи......... 13

ЛЕКЦИЯ 2.......................................................................................... 14

2.1.Основные фотометрические величины.............................. 14

2.2. Основные понятия и законы оптики................................. 16

ЛЕКЦИЯ 3.......................................................................................... 24

3.1. Особенности зрения........................................................... 24

3.2. Восприятие цвета и элементы колорометрии................... 28

ЛЕКЦИЯ 4.......................................................................................... 33

4.1. Основная задача телевизионной системы......................... 33

4.2. Принцип развертки............................................................. 33

4.3. Сигналы яркости изображения......................................... 34

4.4. О принципах образования сигналов

цветного изображения.............................................................. 38

ЛЕКЦИЯ 5.......................................................................................... 42

5.1. О принципах образования сигналов

в совместимых цветных ТВ-системах..................................... 42

ЛЕКЦИЯ 6.......................................................................................... 51

6.1. Преобразование «свет сигнал». Ограничения в фотонном

канале....................................................................................... 51

6.2. Фотоэффект и его закономерности................................... 55

6.2. Математическая модель звена

фотоэлектронного преобразования......................................... 57

ЛЕКЦИЯ 7.......................................................................................... 60

7.1. Некоторые способы преобразования «свет-сигнал»....... 60

ЛЕКЦИЯ 8.......................................................................................... 68

8.1. Апертурные искажения в передающем

телевизионном устройстве....................................................... 68

8.2. Дробовой шум в передающих телевизионных трубках.. 73

ЛЕКЦИЯ 9.......................................................................................... 75

9.1. Твердотельные преобразователи «свет-сигнал».............. 75

9.2. Приборы с зарядовой связью.......................................... 76

9.3. Приборы с зарядовой инжекцией..................................... 81

ЛЕКЦИЯ 10........................................................................................ 83

10.1. КМОП-фотоприемники и видеосистемы на кристалле.. 83

10.2. Об особенностях оценки разрешающей способности

матричных фотоприемников................................................... 87

10.3. О регулировке времени экспозиции

в твердотельном приемнике.................................................... 89

10.4. О микролинзовом массиве

в твердотельном приемнике.................................................... 89

ЛЕКЦИЯ 11........................................................................................ 91

11.1. Шум процесса преобразования «свет-сигнал».............. 91

11.2. Шумы ПЗС-матрицы....................................................... 95

ЛЕКЦИЯ 12........................................................................................ 99

12.1. Шумы при вторичной электронной эмиссии................. 99

12.2. Цветные матричные преобразователи «свет-сигнал».... 103

ЛЕКЦИЯ 13........................................................................................ 105

13.1. Катодолюминесценция и люминофоры.......................... 105

13.2. Принцип работы кинескопа............................................ 105

13.3. Принцип работы жидкокристаллических экранов........ 107

13.4. Принцип работы плазменных экранов........................... 109

13.5. Автоэмиссионные панели................................................ 110

13.6. Светодиодные экраны и видеопроекторы...................... 111

13.7. Применение ЭВМ для просмотра и записи изображений 111

ЛЕКЦИЯ 14........................................................................................ 115

14.1. Стандартные методы обработки изображений.............. 115

14.2. Методы внутрикадровой обработки.............................. 115

ЛЕКЦИЯ 15........................................................................................ 138

15.1. Методы межкадровой обработки................................... 138

ЛЕКЦИЯ 16........................................................................................ 130

16.1. Нелинейная межкадровая обработка............................. 130

ЛЕКЦИЯ 17........................................................................................ 139

17.1. Цифровое кодирование видеосигнала............................ 143

17.2. Объемное и многоракурсное телевидение...................... 149

Литература................................................................................... 152

ПРЕДИСЛОВИЕ

В данном лекционном курсе, являющемся одним из базовых курсов в подготовке бакалавров по специальности «Радиотехника», рассматриваются основы принципы и методы, лежащие в основе построения телевизионных устройств. В процессе изучения дисциплины студенты получают основные теоретические знания по теории телевизионной передачи, в том числе, по вопросам формирования, преобразования и передачи по каналам связи сигналов изображения, анализу и синтезу телевизионных систем, , критериям оценки их качества.

Задачами дисциплины являются:

·  формирование представлений о целях и задачах фотометрических и оптических расчетов в телевидении;

·  формирование понятий об особенностях зрительного восприятия;

·  формирование представлений о методах преобразования свет-сигнал;

·  формирование представлений о методах преобразования сигнал-свет;

·  формирование представлений о методах цифровой обработки и кодирования сигналов изображения;

В настоящее время имеется целый ряд учебников и учебных пособий по данной дисциплине, однако, для учебного курса, читаемого в пределах одного семестра в объеме 34-38 учебных часов, объем изложенного в них материал является весьма значительным. Поэтому для изложения в курсе лекций из достаточно большого количества источников были выбраны те разделы, которые однозначно являются базовыми в радиотехническом образовании. Кроме этого, при написании настоящего лекционного курса были использованы статьи из научно-технических журналов «Вопросы радиоэлектроники», сер. «Техника телевидения», «Системы и средства связи телевидения и радиовещания» и материалы из сборников трудов международных научно-технических конференций «Современное телевидение» и «Телевидение: передача и обработка изображений». В части разделов курса использованы также некоторые научные результаты, полученные автором-составителем в процессе разработок и исследований в области прикладного телевидения.

Излагаемый в настоящем издании материал находится в тесной увязке с курсом лабораторных работ. Материал изложен компактно, выстроен в строгой логической последовательности по направлению от простого к более сложному, причем последующие сведения базируются на предыдущих. Автор-составитель надеется, что настоящий курс лекций будет полезен при изучении студентами основ телевидения и видеотехники.

ЛЕКЦИЯ 1

1.1. Из истории телевидения

Термин «телевидение» подразумевает получение и передачу изображений или информации о них при помощи электрических сигналов. Для создания телевидения необходимо было решить три важнейшие проблемы:

1.  Преобразование лучистой (в частности световой) энергии в электрический сигнал.

2.  Передача электрических сигналов на расстояние.

3.  Преобразование электрических сигналов в световые.